TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTS VESSEL TRAFFIC SERVICE

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTSVESSEL TRAFFIC SERVICE TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTSVESSEL TRAFFIC SERVICE TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTSVESSEL TRAFFIC SERVICE TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTSVESSEL TRAFFIC SERVICE TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTSVESSEL TRAFFIC SERVICE TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTSVESSEL TRAFFIC SERVICETỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTSVESSEL TRAFFIC SERVICE TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTSVESSEL TRAFFIC SERVICE TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTSVESSEL TRAFFIC SERVICE

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ phía nhà trường, khoa, thầy cô và bạn bè trong lớp Tất cả đã tạo điều kiện tốt nhất để em có thể thực hiện đồ án này

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Ngọc Sơn chỉ dạy rất tận tình Thầy luôn giúp đỡ em trongNhờ vậy em mới có thể hiểu thêm về các vấn đề khó trong hệ thống VTS Nhờ đó em mới có thể hoàn thành được đồ án này

Do hiểu biết còn ít nên đồ án của em còn nhiều thiếu sót Kính mong thầy cô thông cảm

TP Hải Phòng, ngày 13 tháng 12 năm 2015 Sinh viên thực hiện

Lê Quốc Anh

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan:

1 Những nội dụng được viết trong đồ án là do chính tay em thực hiện dưới

sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo Th.S Nguyễn Ngọc Sơn

2 Mọi tài liệu tham khảo em sẽ trích dẫn rõ ràng về tên tài liệu, tên tác giả

và ngày công bố Sinh viên

Lê Quốc Anh

Trang

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTS – VESSEL TRAFFIC SERVICE.2 1 Giới thiệu về hệ thống VTS 2

1.1 Giới thiệu chung 2

1.2 Mục đích của hệ thống VTS 3

2 Cấu trúc chức năng của hệ thống VTS 4

2.1 Cấu trúc của hệ thống 4

2.2 Chức năng của hệ thống 5

2.3 Dịch vụ 8

3.Nguyên lý hoạt động của hệ thống 9

4 Hiệu quả của hệ thống VTS tại khu vực cảng Hải Phòng 10

CHƯƠNG 2: RADAR TRONG HỆ THỐNG VTS 13

1 Tổng quan về hệ thống radar hàng hải 13

1.1 Khái niệm cơ bản 13

1.2 Radar trong hệ thống VTS 13

2 Đặc điểm Radar trong hệ thống VTS 14

3 Nguyên lý hoạt động của Radar 16

3.1 Xung điện 16

3.2 Nguyên lý phát xung trong radar 17

3.3 Cơ cấu hiện ảnh của radar 17

3.4 Nguyên lý đo khoảng cách 18

3.5 Nguyên lý đo góc 20

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ANTEN TRONG RADAR 22

1 Giới thiệu chung 22

1.1 Tổng quan 22

1.2 Các loại anten được sử dụng trong radar 23

2 Anten trong hệ thống VTS 24

2.1 Giới thiệu 24

2.2 Anten quét Terma 25

3 Cấu tạo, đặc điểm của anten quét Terma 27

3.1 Cấu tạo vật lý của Anten 27

3.2.Phân cực trong anten 29

3.3 Tính phân tập về tần số và thời gian 30

3.4.Đặc tính của anten 31

3.5 Tầm xa cực tiểu của radar 34

4 Thuộc tính của anten 35

4.1 Các thuộc tính cơ bản 35

4.2 Dạng bức xạ 36

KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

VTS Vessel Traffic Service – Dịch vụ điều khiển lưu thông tàu

AIS Automatic Identification System – Hệ thống tự động nhận dạng

SMR Surface Movement Radars - Radar giám sát bề mặt

CCTV Closed Circuit Television – Hệ thống truyền hình mạch kín

1.2 Tổng quan phân hệ VTS 4

PHẦN MỞ ĐẦU

Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình hội nhập và phát triển và đang được nhận rất nhiều sự đầu tư của các nước trên thế giới Hàng hóa được vận chuyển bằng nhiều đường như hàng không, đường biển, đất liền nhưng chủ yếu là vận chuyển bằng đường biển

Chính vì thế, nhiều bến cảng mới đã được nhà nước cũng như các doanh nghiệp tư nhân xây dựng để dễ dàng giao thương hơn với các nước khác Có nhiều hệ thống quản lý, khai thác bến cảng nhưng hiện nay hệ thống điều khiển lưu lượng giao thông tàu VESSEL TRAFFIC SERVICE – VTS được ưa chuộng

và nhiều quốc gia trên thế giới sử dụng như Anh, Bồ Đào Nha

Vậy Radar trong hệ thống VTS hoạt động ra sao và lý do tại sao VTS là hệ thống được nhiều tin cậy đến vậy em xin được trình bày những tìm hiểu của em

về hệ thống này Xin cảm ơn các thầy, cô đã lắng nghe em

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VTS

VESSEL TRAFFIC SERVICE

1 Giới thiệu về hệ thống VTS.

1.1 Giới thiệu chung.

Cùng với xu thế phát triển của ngành hàng hải Việt Nam trong bối cảnh chungcủa khu vực và thế giới, việc phát triển các hệ thống, trang thiết bị phục vụ bảođảm an toàn hàng hải cho các phương tiện vận tải bằng đường biển trở nên làmột vấn đề cấp bách đối với các quốc gia có cảng biển

Việt Nam ở vị trí địa lý thuận lợi nằm trên tuyến đường hàng hải quốc tế vớinhiều vịnh và vũng phù hợp để làm các cảng thương mại Trong định hướngphát triển của Bộ Giao thông Vận tải thì việc phát triển ngành hàng hải ViệtNam trong xu thế mới là vấn đề tiên quyết và sống còn của Việt Nam Đi đôi vớiviệc phát triển đội tàu vận tải thì việc áp dụng những tiến bộ khoa học trong lĩnhvực bảo đảm an toàn cho tàu biển ra vào cũng cần được chú trọng

Cảng biển khu vực Hải Phòng là một trong những khu vực năng động nhấttrong cả nước với số lượng tàu bè ra vào cảng tăng là số vụ tai nạn hàng hảicũng gia tăng dẫn đến những thiệt hại rất lớn về vật chất cũng như con người.Hơn thế nữa những tai nạn hàng hải này còn gây ra việc ô nhiễm môi trường

Để giảm thiểu những thiệt hại nêu trên và nâng cao hiệu suất làm việc củacảng Hải Phòng, một hệ thống quản lý, điều khiển giao thông tàu thuyền trongluồng và vùng biển hiện đại nhất ngày nay đã được đưa vào hoạt động, đó chính

là hệ thống VTS Đây là một hệ thống thông tin góp phần đảm bảo an toàn khigiao thông trên biển cũng như gia tăng hiệu qủa của công tác quản lý tàu thuyềntrong khu vực cảng biển đồng thời củng cố về mặt an ninh quốc phòng ở khuvực Biển Đông

1.2 Mục đích của hệ thống VTS.

VTS - Vessel Traffic Service là một hệ thống hiện đại được ứng dụng nhiềucông nghệ cao, công nghệ số giúp gia tăng độ tin cậy và khả năng điều khiểngiao thông tàu thuyền trên biển Hệ thống này được trang bị, lắp đặt tại nhiềucảng biển ở các quốc gia trên toàn thế giới Các thiết bị như radar, camera theodõi, sóng điện từ ở tần số cực cao và hệ thống nhận dạng tự động tàu thuyền AIS– Automatic Identification System được sử dụng để đeo bám, tìm vết về sựchuyển động, di chuyển của các phương tiện lưu thông nhằm cung cấp thông tin

và đảm bảo an toàn hàng hải trong luồng và vùng biển được giám sát Khôngnhững thế thông tin hoạt động của đèn hải đăng trong khu vực lưu thông cũngđược hệ thống thông báo cho các phương tiện đang lưu hành

Hình 1.1: Phòng điều khiển hệ thống VTS.

2 Cấu trúc chức năng của hệ thống VTS.

2.1 Cấu trúc của hệ thống.

Một hệ thống VTS được cấu thành từ nhiều hệ thống con như hình 1.2 Trongnhững hệ thống con này sẽ được phân thành những hệ thống chính phải bắt buộctrang bị trong một trạm VTS và những hệ thống phụ có thể có hoặc không Hệthống phụ là những thiết bị có thể đã được lắp đặt rồi hoặc không cần thiết nếucảng biển không có yêu cầu sử dụng chức năng của thiết bị này

Hình 1.2: Các hệ thống trong VTS

Trong đó các hệ thống chính của VTS là:

-Thiết bị vô tuyến điện

-Hệ thống nhận dạng tự động AIS nhằm mục đích trao đổi thông tin giữa cáctrạm radar nói chung

-Hệ thống dự báo thời tiết biển

-Hệ thống thông tin cộng đồng

-Hệ thống quản lý thông tin

-Hệ thống Radar

-Hệ thống truyền hình CCTV

-Hệ thống quang điện

2.2 Chức năng của hệ thống.

Hệ thống VTS sẽ kết nối các trang thiết bị điện tử điều khiển lại với nhau

nhằm để truy tìm, bám vết các mục tiêu đồng thời trao đổi và tiến hành xử lýthông tin nhận được từ các trung tâm thời tiết với tàu thuyền Đồng thời quản lý

và giám sát hoạt động của các phương tiện lưu thông bằng công nghệ số trên dải

tần cực cao VHF và SHF

Chức năng chính của hệ thống VTS có thể mô tả như sau:

- Phát các thông tin về di chuyển của các phương tiện hành hải, các điều kiện vềkhí tượng thuỷ văn hay kế hoạch di chuyển của các phương tiện khác cùng thamgia giao thông trong khu vực

- Trao đổi thông tin với các phương tiện tham gia lưu thông về những vấn đềliên quan đến an toàn như các thông báo về hàng hải, tình trạng các trang thiết bịbáo hiệu trên tuyến, các thông tin về khí tượng thuỷ văn, tình trạng lưu thôngtrên toàn tuyến

- Thông báo, điều động các phương tiện trong các trường hợp cụ thể Cảnh báocác phương tiện tham gia hành hải các thay đổi đột xuất trên tuyến như xác tàuđắm,đâm va

Trong các hệ thống VTS hiện nay thường yêu cầu bắt buộc phải có rất nhiều hệthống thông tin liên lạc Chúng có thể bao gồm liên lạc điện thoại mặt đất, liênlạc sóng cao tần và liên lạc vệ tinh Nhưng thông thường chủ yếu dùng phươngpháp liên lạc qua hệ thống VTS

Các chức năng trên được hệ thống thực hiện qua các hệ thống con:

Một trong những thiết bị chính của hệ thống VTS là radar sẽ được sử dụng đểphát hiện, định vị mục tiêu đang di chuyển trong khu vực và kiểm soát trên băngtần X bằng cách phân tập tần số và phân tập thời gian Do radar được sử dụng

kết hợp với một phần mềm chuyên dụng, được thiết kế dành riêng cho nhữngứng dụng chuyên nghiệp như VTS, hệ thống giám sát bờ biển hay radar giám sát

bề mặt nên độ phân giải và khả năng chống nhiễu được nâng lên rất cao giúpcho việc phát hiện các mục tiêu dù rất nhỏ và ở trong thời tiết khắc nhiệt, khókhăn một cách dễ dàng hơn

Hệ thống nhận dạng tự động AIS (Automatic Identification System) là hệ thống thu phátthông tin dựa trên sóng vô tuyến VHF AIS được thiết kế dựa theo công nghệ “Tự tổ chức

đa truy cập” (Self Organized Time Division Multiple Access – SOTDMA), nó cho phép takết nối thông tin toàn cầu sử dụng cho hàng hải, hàng không, Hệ thống được sử dụng đểghi nhận vị trí của tàu trong một khoảng thời gian nhất định (vị trí tàu thay đổi theo thờigian) Ngoài ra, hệ thống AIS còn cho phép truyền thông tin 2 chiều giữa tàu và bờ bằngcách sử dụng các bản tin ngắn (short messages) AIS ngày càng trở nên quan trọng đối vớigiám sát giao thông bởi các bản tin AIS cho phép xác định vị trí và xác thực các mục tiêu

Hệ thống AIS gửi các bản tin xác định vị trí dựa trên tín hiệu thu được từ hệ thống GPS(Global Positioning System), do vậy sự sai lệch tín hiệu GPS sẽ ảnh hưởng đến sai lệch vị trí

so với thực tế Một yếu tố khác gây ra lỗi đối với hệ thống AIS là việc cấu hình các bộ thuphát, các cấu hình này sẽ ảnh hưởng đến việc xác định vị trí và xác thực thông tin tàu Cáctrạm AIS được sử dụng để truyền và nhận các bản tin AIS

Thiết bị vô tuyến điện Radio Direction Finder (RDF) thông báo hướng nhận được tín hiệuVHF Vì vậy, khi tàu sử dụng tín hiệu VHF, các giao điểm của các đường RDF trên mànhình giao thông sẽ cho biết vị trí (gần đúng) của con tàu Do vậy cung cấp cho các nhà điềuhành VTS phương tiện để có thể xác định vị trí các tàu trên màn hình hiển thị tình trạng giaothông

Hệ thống VHF (Very High Frequency): Phương tiện thông tin liên lạc chính giữa tàu và

bờ là sử dụng sóng vô tuyến VHF Mỗi người điều hành VTS phải có truy cập vào kênh vôtuyến VHF tại các kênh được quy định trong vùng quản lý Hệ thống thông tin VHF là mộtthành phần quan trọng trong hệ thống VTS Các hệ thống thông tin VHF (VHFCOM) làmột hệ thống hoàn chỉnh và riêng biệt, có thể được tích hợp vào hệ thống VTS

Thiết bị truyền hình CCTV là đưa việc sử dụng Camera – Máy ảnh Video để thu vàtruyền tín hiệu đến một nơi cụ thể, trên một tập hợp giới hạn của màn hình Thuật ngữ nàythường được áp dụng cho những người sử dụng để giám sát trong các lĩnh vực có thể cầntheo dõi như buồng lái tàu thủy, ngân hàng, sòng bạc, sân bay, cảng biển, các căn cứ quân

sự, và các cửa hàng tự trả tiền,

Các chức năng chủ yếu khác của hệ thống bao gồm:

-Xử lý tín hiệu Video: Chức năng này thực hiện tách số đo từ tín hiệu radar Đầu vào là hình ảnh radar Đầu ra là các biểu đồ và tín hiệu hình ảnh đã số hóa -Phần mềm giao tiếp: Chức năng này thực hiện việc loại bỏ sự trùng lặp và dữliệu xác thực cần thiết, chuyển đổi định dạng và chuyển đổi giao thức cho các dữliệu cảm biến

-Theo dõi: Dựa trên các phép đo cảm biến, một hình ảnh giao thông phù hợpđược xây dựng Đối với các đối tượng bị theo dõi, ít nhất cần duy trì được vị tríthực tế và vectơ tốc độ

-Nhận dạng: Căn cứ vào thông tin được nhập từ những người điều hành, dữliệu từ hệ thống hoặc AIS (nhận được từ các đối tượng mục tiêu), các đối tượngmục tiêu sẽ được xác định với tên tàu, hô hiệu hoặc 1 văn bản chỉ định

-Cảnh báo: Cung cấp các thông báo cho các nhà điều hành VTS về các tìnhhuống bất thường hoặc các tình huống có khả năng nguy hiểm

-Định tuyến: Mỗi tàu có thể được gắn vào một tuyến xác định Các chức năngđịnh tuyến cung cấp thông tin về lịch trình và các thông báo về những sai khác

so với tuyến quy định

-Lập kế hoạch hành trình: Hệ thống duy trì kế hoạch và xác định thông tintrong cơ sở dữ liệu DB

-Các giao diện thông tin: Điều khiển thiết bị vô tuyến VHF và các giao diệntín hiệu thoại với thiết bị vô tuyến Điều khiển thiết bị vô tuyến VHF

-Hiển thị lưu lượng giao thông (operator): Tổng quan về tình hình giao thôngthực tế

Hiển thị EOS Ghép các hình ảnh từ các Camera.

-Ghi: Các thông tin xử lý tín hiệu hệ thống được lưu trữ trên ổ cứng

-Phát lại: Các thông tin xử lý dữ liệu hệ thống đã được ghi có thể được phát lạicho các vị trí làm việc cần thiết để phân tích

-Lưu trữ: Các thông tin xử lý dữ liệu hệ thống đã được ghi có thể được lưu trữbởi các băng từ (tape) để hổ trợ chức năng phát lại để phân tích thông tin

-Điều khiển và giám sát: Báo cáo trạng thái hệ thống và bảo trì hệ thống

2.3 Dịch vụ.

Dịch vụ trong hệ thống VTS này gồm có:

- Dịch vụ thông tin: là dịch vụ đảm bảo rằng các thông tin cần thiết phải sẵnsàng kịp thời để ra các quyết định về lái tàu kịp thời Các thông tin này đượccung cấp bằng cách phát quảng bá rộng rãi vào các thời điểm với chu kỳ cố địnhhoặc theo yêu cầu của tàu thuyền, và có thể bao gồm cả các thông báo về vị trí,nhận dạng và các dự định của tàu khác, thông tin về luồng, thông tin thời tiết,các nguy hiểm, các thông tin có thể ảnh hưởng đến việc quá cảnh của tàu …

- Dịch vụ tổ chức lưu lượng giao thông: là dịch vụ để ngăn sự phát sinh tìnhhuống lưu thông hàng hải nguy hiểm và cung cấp thông tin an toàn, di chuyểncủa các tàu thuyền Dịch vụ này liên quan đến quản lý khai thác lưu thông vàchuyển tiếp các thông tin về di chuyển của tàu để ngăn chặn sự tắc nghẽn và tìnhhuống nguy hiểm và có liên quan đến mật độ lưu thông cao hoặc khi sự dichuyển của phương tiện mà ảnh hưởng lớn đế lưu lượng giao thông trên biển.Dịch vụ này cũng bao gồm việc thiết lập và vận hành hệ thống để đảm bảothông thoáng lưu lượng hoặc kế hoạch di chuyển hoặc cả hai để đặt ưu tiên choviệc di chuyển, phân bổ khoảng trống , thông báo bắt buộc về di chuyển, tuyếnphải theo, giới hạn về tốc độ và chuẩn bị các phương tiện khác phù hợp đượcxem xét và chỉ huy bởi cơ quan VTS Dịch vụ này đặc biệt quan trọng trường

hợp thời tiết hoặc dẫn đường khó Dịch vụ này đáp ứng yêu cầu của tàu hoặc bởi

cơ quan quản lý hệ thống VTS thấy cần thiết phải thực hiện

Do giám sát được chặt chẽ lưu lượng giao thông trên luồng và các vùngbiển, phòng tránh va chạm, hỗ trợ dẫn đường hàng hải nên hệ thống VTS còn cóchức năng nhận dạng và theo dõi các tàu trong khu vực tìm kiếm và cứu nạn.Chức năng tìm kiếm cứu nạn sẽ cho phép các cơ quan chức năng yêu cầu mộtdịch vụ tìm kiếm và cứu hộ được gọi là SAR (Search And Rescue) cung cấpthông tin về hiện trạng cục bộ (giới hạn trong đặc điểm và vị trí của tàu) trongmột khu vực xác định (đường tròn hay hình chữ nhật) Nhờ vào thông tin này,

có thể quản lý tốt hơn hoạt động tìm kiếm và cứu nạn trên biển

3.Nguyên lý hoạt động của hệ thống

* Sơ đồ khối của hệ thống VTS cơ bản:

Hệ thống gồm các khối chính như sau:

Hình 1.3: Sơ đồ khối hệ thống VTS.

Từ hình 1.3 ta thấy một hệ thống VTS cơ bản có các khối như sau:

- Khối hệ thống thiết bị vô tuyến VHF (VHF Radio System) liên tục trực canhtrên kênh 16 và kênh 70

- Khối hệ thống Radar (Radar System) bao gồm anten và các máy thu phát

- Khối hệ thống nhận dạng tự động (AIS system)

- Khối xử lý dữ liệu (Data Processor)

- Màn hình hiển thị theo dõi hoạt động của hệ thống

*Nguyên lý làm việc của hệ thống

Khi hệ thống VTS được kích hoạt , radar sẽ thu được tín hiệu hình ảnh của cácmục tiêu và hiển thị trên bản đồ số Do radar được tích hợp thêm ARPA(Automatic radar plotting aid - hệ thống radar tự động hiển thị) nên cán bộ vậnhành hệ thống có thể dễ dàng nhận diện được hướng di chuyển của các mục tiêu

và đoán được trước các nguy cơ va chạm có thể xảy ra giữa các mục tiêu, đồngthời máy nhận dạng AIS sẽ thu được và hiển thị các thông tin từ các đài tàu trênmột bản đồ số Do đó các phương tiện lưu thông sẽ được giám sát chặt chẽ trongtầm hoạt động của thiết bị Khi cần trao đổi thông tin với các đài tàu, hệ thốngVHF sẽ được sử dụng để loan báo các phương tiện Tất cả các tín hiệu hình ảnhradar, AIS và thông tin liên lạc VHF sẽ được thu thập, xử lý, hiển thị và lưu trữqua thiết bị ghi và lưu trữ dữ liệu trên biển S-VDR (System - Voyage DataRecorder) Ngoài ra hệ thống được trang bị thêm các máy tính để có thể xem lạilịch sử của các tín hiệu đã loan báo của hệ thống

4 Hiệu quả của hệ thống VTS tại khu vực cảng Hải Phòng.

Hệ thống quản lý hàng hải VTS luồng vào cảng Hải Phòng có tầm quan trọngđặc biệt trong việc cải tiến cơ chế quản lý, giám sát, bảo đảm an toàn hàng hảitrong khu vực cảng Hải Phòng Tăng cường công tác quản lý điều hành và giámsát tàu thuyền hoạt động trên luồng, khu nước cảng

Bảo đảm an toàn hàng hải hỗ trợ cho công tác tìm kiếm cứu hộ, cứu nạn,ngăn ngừa các hiểm hoạ về hàng hải Giảm đến mức thấp nhất vê tai nạn hànghải về gây ô nhiễm môi trường

Đối với công tác thủ tục tàu biển ra vào khu vực được nhanh chóng, thuậnlợi, giảm phiền hà đối với các tàu và chủ tàu nước ngoài đến cảng

Tính hấp dẫn của cảng cũng được tăng lên đáng kể đối với các nước trongkhu vực Đặc biệt trong xu thế cạnh tranh khốc liệt những năm gần đây tronglĩnh vực hàng hải, việc đưa hệ thống vào hoạt động sẽ làm tăng tính hấp dẫn của

hệ thống cảng Hải Phòng đối với các chủ tàu và các hãng tàu nước ngoài, tăng

tính cạnh tranh của hệ thống cảng tại Hải Phòng đối với các cảng khác trong khuvực.

Hỗ trợ việc kiểm soát, tăng cường công tác bảo vệ bờ biển bảo vệ an ninhquốc phòng trên khu vực biển phía nam thuộc chủ quyền lãnh hải trên biển củaViệt Nam, giữa vực độc lập và bảo vệ toàn vẹn lãnh thổ quốc gia trên biển Khi hệ thống đi vào hoạt động, sẽ giúp ích rất nhiều trong công tác quản lýphương tiện lưu thông trên toàn tuyến luồng, tham gia vào công tác an toàn vàcứu nạn trên biển, bảo vệ môi trường

Tại các vị trí điều hành của hệ thống sẽ có được sự liên lạc và hợp tác với tất

cả các phương tiện trong vấn đề bảo đảm an toàn hành hải, quản lý và kiểm soátcác thông tin khí tượng thuỷ văn cũng như an toàn và đưa ra được những thôngtin chính xác cho hoa tiêu và người điều khiển phương tiện

Hệ thống đưa ra các điểm kiểm soát (Calling point) mà khi các phương tiệnthuỷ vượt qua các vị trí này phải báo cáo với các sỹ quan điều hành VTS vềhướng di chuyển cũng như tốc độ di chuyển: Việc qui định các điểm cụ thể nàygiúp cho việc quản lý được dẽ dàng và cập nhật thường xuyên nhằm đưa ra mộtthông tin chính xác về số lượng và vị trí của các tàu đang tham gia lưu thôngtrên luồng

Hệ thống cũng giúp cho các nhà quản lý nắm được vết hành trình của các tàuchuyên chở các chất nguy hiểm đang tham gia lưu thông trên luồng giúp choviệc bảo đảm an toàn hành hải tốt hơn và phòng chống được các nguy cơ đâm va

có thể xảy ra gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường

Khi kiểm soát trên tuyến luồng, các sỹ quan điều hành hệ thống khi quan sáttrên màn hình chỉ báo thấy có dấu hiệu có thể gây đâm va hay nghi ngờ có thểdẫn đến khả năng đâm va có quyền đưa ra các yêu cầu điều chính hướng và tốc

độ đối với các phương tiện nhằm giảm thiểu và ngăn ngừa khả năng tai nạn xảyra

Khi đưa hệ thống vào áp dụng thì một khung pháp lý về hành hải trong vùngnước quản lý của VTS cũng sẽ được áp dụng và phù hợp với luật pháp Hàng hảiQuốc tế cũng như luật Hàng hải Việt Nam

Cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế quốc dân, sự phát triển của ngànhhàng hải nói chung và của khu vực cảng Hải Phòng nói riêng đang có nhữngbước nhảy vọt Điều này được chứng minh qua lượng hàng hoá xuất nhập khẩutrong khu vực cảng những năm gần đây

Với đặc điểm luồng vào với lưu lượng tàu bè lưu thông trên tuyến là rất lớn

và ngày càng gia tăng cùng với sự điều hành giám sát và quản lý tuyến luồngchủ yếu bằng mắt thường và đơn giản như hiện nay là không đáp ứng nổi, cáctai nạn hành hải liên tiếp xảy ra và ngày càng gia tăng gây thiệt hại nghiêm trọngđến tính mạng và tài sản, gây ô nhiễm môi trường

CHƯƠNG 2: RADAR TRONG HỆ THỐNG VTS

1 Tổng quan về hệ thống radar hàng hải.

1.1 Khái niệm cơ bản.

Thuật ngữ “RADAR” là viết tắt của nhóm từ “ Radio Detection And

Ranging”, có nghĩa là hệ thống xác định vị trí của mục tiêu bằng cách đo cự ly

và góc phương vị nhờ vào nguyên lý sóng phản xạ

Mục tiêu phát hiện là những vật thể vật lý bất kỳ hoặc cũng có thể là mộtnhóm các vật thể có đặc tính điện từ khác biệt với đặc tính điện từ của môi

trường truyền sóng Trong điều kiện hàng hải đó là: tàu thuyền, các mốc hànghải, bờ đất, các tảng băng trôi, các công trình biển… Những thông tin hữu ích

về mục tiêu đều do các sóng điện từ mang lại, được gia công và xử lý phù hợp

để trở thành những kết quả đo lường hữu ích tại các trạm radar

Phụ thuộc vào nguồn gốc của các sóng tới trạm này mà người ta chia các hệthống định vị thành các hệ định vị tích cực và thụ động Phụ thuộc vào cấu trúccủa các sóng thăm dò, người ta còn chia các hệ thống định vị thành: các hệthống radar phát sóng liên tục và các hệ thống radar phát sóng không liên tụchay radar phát xung Trong các hệ thống radar phát sóng liên tục sóng phát đi

có thể bị điều chế hoặc không bị điều chế

1.2 Radar trong hệ thống VTS.

Radar trong hệ thống VTS là radar phát xung, hoạt động ở tần số siêu cao và

có bước sóng cực kì ngắn Do có bước sóng cực kì ngắn nên sóng có tính chất

có thể phản xạ tốt từ mục tiêu, ngoài ra còn truyền lan theo đường thẳng với tốc

độ không đổi và chịu rất ít ảnh hưởng của thời tiết nhu sương mù hay mưa Radar phát đi các chùm sóng siêu cao tần có tính chu kì, được gọi là các chùmxung “thăm dò”, có độ rộng xung rất nhỏ so với độ rỗng lớn Trong khoảng thờigian giữa hai chùm xung ấy, máy thu của trạm thu nhận các chùm xung phản xạ

từ mục tiêu trở về Mỗi một chùm xung đơn lẻ phản xạ từ mục tiêu trở về máythu có độ trễ tỷ lệ thuận với khoảng cách của mục tiêu nơi sóng phản xạ trở vềvới trạm Do đó có thể xác định được khoảng cách từ mục tiêu đến trạm Đồngthời nhờ anten có độ định hướng cao và quay tròn có thể xác định góc phương vịcủa mục tiêu Vì các vật thể khác nhau ở các khoảng cách và phương vị khácnhau nên sóng phản xạ trở về lần lượt ở những thời điểm khác nhau, từ đó chophép hệ thống có thể quan sát và xác định được nhiều mục tiêu cùng một lúc.Điều kiện duy nhất là các mục tiêu này nằm trong vùng phủ sóng của trạm vàcách xa nhau trong phạm vi phân giải của trạm

2 Đặc điểm Radar trong hệ thống VTS.

Nhờ có sự kết hợp của radar và hệ thống tự động nhận dạng AIS nên cảm biếnchính của VTS có thể hỗ trợ giám sát biển có hiệu quả Hệ thống AIS có thể tựđộng xác định tên và các tàu vị trí hiện tại của tàu được điều hướng trong khuvực giám sát nên Radar có thể phát hiện các tàu đang điều hướng vào khu vựcgiám sát với hiệu suất cao và có thể nắm bắt tình hình chuyển hướng của cáctàu Đồng thời các thiết bị vô tuyến điện có thể giúp các nhà quản lý dễ dàngthực hiện thông tin liên lạc với các tàu thuyền được phát hiện bằng radar hoặc hệthống AIS

Radar có độ tin cậy cao bởi việc sử dụng máy phát-thu kép băng tần X Nóicách khác, trong trường hợp xảy ra một trường hợp trục trặc, hoạt động thu-phát

sẽ được tiếp tục bằng cách chuyển sang một máy khác Hơn nữa, các trục trặccủa máy thu-phát sẽ được sửa chữa ngay mà không làm giảm hiệu quả của hệthống

Tín hiệu phản xạ của mục tiêu như tàu sẽ được radar tiếp nhận tự động hoặcthủ công và mỗi radar có thể được tự động theo dõi tối thiểu là 300 mục tiêu.Không những thế, hệ thống radar còn cho phép cài đặt thiết lập lại khu vực giámsát tàu thuyền trong luồng, có thể tăng lên hoặc giảm đi sao cho phù hợp với khuvực quản lý của cảng

Hệ thống cảm biến radar cũng được hệ thống VTS sử dụng bằng phương phápđiều khiển từ xa mang lại những lợi ích từ việc thu thập tín hiệu video từ cáckhu vực giám sát cụ thể là:

- Hình ảnh từ radar được xử lý kỹ hơn

- Kiểm soát các tín hiệu được gửi đến trung tâm VTS

- Tối ưu được độ rộng cho các xung có tầm ngắn hoặc xa

- Máy thu có độ nhạy cao

- Hệ thống thu phát làm việc liên tục trong 24 giờ

Các thiết bị có hiệu suất cao, chất lượng radar cực tốt và có độ tin cậy cao từanten, máy thu-phát kép Các radar tuân thủ các quy định phát thanh và cũngđáp ứng đầy đủ với các tiêu chuẩn hiệu suất hiện tại của IMO.

Với việc sử dụng hệ thống anten mới, radar sẽ có đặc tính phân tập về cả tần

số lẫn thời gian, có nghĩa là radar sẽ phát hiện mục tiêu tại hai tần số khác nhautại hai thời điểm khác nhau trong một vòng quay của anten

Hệ thống sử dụng kỹ thuật nén xung trong radar và ứng dụng kỹ thuật bándẫn, điều này có nghĩa nó có một khả năng xử lý video rất hiệu quả và chi tiếtlàm giảm hiệu lực của nhiễu rất đáng kể trong cùng một thời điểm dẫn đến một

độ phân giải mục tiêu độc lập rất cao thuộc một dãy các mục tiêu trong khu vựcgiám sát

Cùng với đó là kỹ thuật lọc và xử lý hình ảnh được cải thiện rất nhiều

Một lợi ích khác của việc sử dụng công nghệ bán dẫn (không magnetron) là

sự thay thế thường xuyên của magnetron trong hệ thống radar dẫn đường thôngthường sẽ không còn cần thiết

3 Nguyên lý hoạt động của Radar.

3.1 Xung điện.

Xung điện là một đại lượng biến thiên theo một chu kì nhất định, nó được

đặc trưng bởi tần số f và bước sóng λ với f C

Hình 2.1: Xung điện trong radar

Các đặc trưng của xung siêu cao tần bức xạ vào không gian để xác định mục tiêu gồm có:

- Chiều dài xung τx

- Chu kì lặp xung Tx

Với τx nằm trong khoảng từ 0.01-3 µs và Tx nằm trong khoảng từ 1000 - 4000

µs Ta thấy được rằng τx << Tx nên có thể coi Tx là khoảng cách giữa hai xung.Xung siêu cao tần sử dụng trong hệ thống VTS sử dụng tần số f trong khoảng9.14 - 9.5 Ghz

3.2 Nguyên lý phát xung trong radar.

Radar phát một xung siêu cao tần trong thời gian τx để dò tìm mục tiêu, sau đóchờ xung phản xạ trở về mới phát xung tiếp theo theo một chu kì xác định là Tx.Radar phát sóng hướng nào sẽ thu sóng phản xạ trên hướng đó

Do τx << Tx nên cũng có thể coi Tx là thời gian thu xung Tín hiệu phản xạ

từ mục tiêu khi trở về sẽ qua anten vào chuyển mạch rồi vào máy thu sau đóđược khuếch đại và sửa đổi thành tín hiệu điện rồi đưa sang bộ chỉ báo thành tínhiệu ánh sáng trông thấy được trên màn hình hiện thị ở vị trí tương ứng với vị tríngoài thực địa

Để cho máy phát, máy thu và máy chỉ báo hoạt động đồng bộ với nhau, người

ta tạo ra các xung chỉ thị từ khối đồng bộ điều khiển toàn trạm radar Để anten

có thể dùng chung cho cả bộ phát và thu, người ta dùng bộ chuyển mạch antentách máy phát và máy thu phù hợp lúc thu và lúc phát:

- Ngắt máy thu khi máy phát hoạt động (phát sóng), chống công suất lớn pháhỏng máy thu

- Ngắt máy phát khi máy thu hoạt động (thu sóng), đảm bảo công suất đủ lớn

để thực hiện thành tín hiệu mục tiêu

3.3 Cơ cấu hiện ảnh của radar.

Trong radar sử dụng ống phóng tia điện tử CRT để thể hiện ảnh các mục tiêu.Giả sử tại thời điểm t1 có tín hiệu phản xạ từ mục tiêu trở về, sau khi biến đổi sẽtạo trên cathode tín hiệu âm hơn bình thường (tín hiệu dương vào lưới ốngphóng tia điện tử) tại thời điểm đó mật độ các tia điện tử bắn về màn hình nhiềuhơn, làm điểm sáng sáng hơn lên, đó chính là ảnh của mục tiêu Khi tia quét điqua, nhờ có lớp lưu quang nên điểm sáng vẫn còn lưu lại Một mục tiêu khác ở

xa tâm hơn nên tín hiệu về sau (thời điểm t2) nên ảnh ở xa tâm hơn

Anten và tia quét quay đồng bộ, đồng pha khi quét qua một mục tiêu nhỏ, búpphát lướt qua nhanh nên tín hiệu phản xạ trở về nhỏ dẫn đến ảnh trên màn hìnhnhỏ Giả sử có mục tiêu là một dải bờ, tín hiệu phản xạ trở về là một dải sángliên tục Vậy các mục tiêu nhỏ thời gian sóng phản xạ ít nên ảnh thể hiện nhỏ vàngược lại

Để tia quét quay đồng bộ, đồng pha với anten, ở cổ CRT một từ trường đượctạo ra bằng cách đưa vào cuộn lái tia để từ trường này điều khiển tia quét quayđồng bộ, đồng pha với anten

Để tia quét chuyển động từ tâm ra biên, người ta dùng xung rang cưa đưa vàocuộn lái tia để xung này điều khiển các tia điện tử chuyển động từ tâm ra biên